磷酸分解亚硫酸铵制磷铵的研究

磷酸分解亚硫酸铵制磷铵的研究 何润霞　秦海莉　霍天瑞　张泓 (内蒙古工业大学化工学院) 　　摘　要　将硫酸生产尾气中的 SO 2 回收后生成的亚硫酸铵进行深度加工。用磷酸分解使 亚硫酸铵变为磷铵和高浓度 SO 2, 这样既解决了 SO 2 的回收利用问题, 又生产了磷铵复合肥 料。本文对磷酸分解亚硫酸铵的过程进行了研究, 分析了实验中的主要影响因素, 找到了最适 宜的 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 操作条件。 关键词　硫酸生产　尾气　磷铵　SO 2　亚硫酸铵　磷酸分解 11 加热器　21 热电偶　31 控温仪　41 温度计　51 反应器　61 搅拌器 71 取样加料口　81SO 2 导出管　91 水浴搅拌　101SO 2 吸收液　　 1　前言 硫酸尾气中的 SO 2 对大气的污染, 对人类生 态平衡的破坏是极其严重的, 这也是全球关注的 环保问题。SO 2 气量大, 浓度低。近年来尽管国内 外在治理低浓度 SO 2 尾气方面做了大量的工作, 并取得了一定的成效, 其中最常用的方法就是“氨 吸收法”, 这种方法在减轻硫酸 SO 2 尾气对大气 的污染方面起到一定的积极作用, 但副产品亚硫 酸铵的销路存在着问题。虽然亚硫酸铵可作为产 品销售, 但其主要用途是小造纸厂的生产原料, 而 小造纸厂废水的污染特别严重。它的另一条出路 是作为化肥使用, 但产品的稳定性较差, 没能成 功〔1〕, 所以只能单纯解决 SO 2 的污染问题, 综合效 益差, 因此, 寻找一条解决的方法是很重要的。 针对这种情况, 本文查阅了有关文献资 料〔2〕〔3〕〔5〕〔6〕, 就“氨吸收法”生成亚硫酸铵深度加工 进行了研究。用磷酸分解亚硫酸铵, 使之成为磷铵 复合肥料, 并释放出 SO 2, 反应方程式如下: N H 4H SO 3 + H 3PO 4 N H 4H 2PO 4 + SO 2↑ + H 2O (N H 4) 2SO 3 + 2H 3PO 4 2N H 4H 2PO 4 + SO 2↑ + H 2O (N H 4) 2H PO 4 + H 3PO 4 2N H 4H 2PO 4 　　回收的 SO 2 可以制取液体 SO 2 出售, 也可以 直接进入硫酸生产装置〔3〕生产硫酸, 这样既解决 了 SO 2 的回收利用问题, 又生产了磷铵复合肥 料, 而磷铵又是大多数硫酸厂的配套装置。不仅具 有经济效益, 而且又具有社会效益。 本文对磷酸分解亚硫酸铵过程的条件进行了 研究, 初步确定了反应的工艺条件。 2　实验部分 211　实验原料 亚硫酸铵溶液由南化公司磷肥厂提供, 亚硫 酸铵和亚硫酸氢铵总和≥400göl; 磷酸为化学纯, 用水稀释至 21% ; 氢氧化钠为分析纯, 配成 0. 5N 溶液; 硫代硫酸钠、碘化钾、碘、甲醛均为化学纯; 指示剂选用市售的各种粉状指示剂, 配制成溶液 备用。 81　　　　　　　 　　　　　　　内 蒙 古 石 油 化 工　　　　　　　 　　　第 27 卷　 212　实验装置 反应装置如下图所示, 反应器为 1000m l 的 四口烧瓶, 反应器置于恒温水浴中, 转速由调速电 机控制。 213　实验方法 在反应器内按一定比例加入亚硫酸铵溶液和 磷酸溶液, 待反应达一定时间后, 对反应所得到的 样品和吸收液进行分析。 214　分析方法 原料和产品的检测按国标进行, 样品及吸收 液有关组分的分析方法如下: N H 4H 2PO 4: 双指示剂法 N H 4+ : 甲醛法 SO 32- : 碘量法 3　实验结果与讨论 磷酸分解亚硫酸铵过程中的影响因素很多, 本文只讨论磷酸用量、反应温度、搅拌强度, 考查 的目标是N H 4H 2PO 4 浓度、含氮量及吸收液浓 度。 311　磷酸用量对反应的影响 在一定的搅拌强度下, 对于磷酸分解亚硫酸 铵的反应, 磷酸加入量的多少对反应的结果影响 很大。在磷酸过量的情况下, 反应只生成 N H 4H 2PO 4, 实验过程中测试了不同磷酸用量下 的反应结果, 如表 1 所示。 　　　表 1 不同磷酸用量的测定结果 磷酸用量 (m l) 40 45 50 55 60 70 80 N H 4H 2PO 4 浓度 (mo löl) 4. 32 4. 78 5. 09 5. 27 5. 02 4. 82 4. 43 总氮量 (mo löl) 7. 02 6. 94 6. 82 6. 63 7. 14 7. 52 8. 03 吸收浓度 (mo löl) 0. 149 0. 158 0. 172 0. 189 0. 165 0. 152 0. 132 　　从试验数据可以看出, 最初随磷酸用量的增 加, 产品磷酸一铵 (N H 4H 2PO 4) 的浓度是增加的, 而总氮量减少, 吸收液浓度增加, 但变化不很大, 当磷酸一铵达一定值后, 再随磷酸用量增加, 产品 磷酸一铵浓度反而下降, 而此时含氮量明显增加, 吸收液浓度降低。这是因为在反应过程中磷酸用 量有一个最适宜的值, 在适宜磷酸用量下, 磷酸一 铵浓度最大, 亚硫酸铵产品中本身有硫铵存在, 反 应过程中放出的 SO 2 有部分溶解, 这将导致磷酸 一铵产品中的含氮量增加, N H 4H 2PO 4 浓度相对 降低。产品中溶解的 SO 2 越多, 则产品中含氮量 越高, N H 4H 2PO 4 浓度下降, 含氮量增加, 从上面 的结果可知, 磷酸用量 55m l 较为适宜。 312　温度对反应的影响 温度在反应过程中也是一个重要的控制指 标, 温度升高, 可以提高亚硫酸铵的分解率, 加快 反应速度。在一定的搅拌强度和最佳磷酸用量的 条件下, 实验测试了不同反应温度下的结果如表 2。 　　　表 2 不同反应温度下的测试结果 反应温度　℃ 45 55 65 70 75 80 85 N H 4H 2PO 4 浓度　mo löl 5. 38 5. 72 5. 99 6. 12 5. 83 5. 02 4. 03 总氮量　mo löl 6. 82 6. 63 6. 24 5. 03 6. 38 6. 92 8. 04 吸收液浓度　mo löl 0. 208 0. 243 0. 285 0. 306 0. 290 0. 276 0. 172 　　从表中数据可看出, 随温度升高, 磷酸一铵产 品浓度增加, 含氮量降低, 吸收液浓度增加。这是 因为随温度增加, 反应速度加快, 溶解的 SO 2 减 少。当温度超过 70℃时, 磷酸一铵产品浓度降低, 含氮量开始增加, 吸收液浓度降低; 原因是有少量 的亚硫酸铵开始分解, 当温度超过 80℃时, 磷酸 一铵产品浓度明显下降, 此时亚硫酸铵大量分解, 91　第 27 卷　　　 　 　　　磷酸分解亚硫酸铵制磷铵的研究　　　　　　　 　 　　　 生成硫酸铵和硫代硫酸铵〔6〕, 当 S2O 32- 达到一定 浓度以后, 分解速度加快, 并可生成元素硫, 但温 度太低, 又会影响 SO 2 的产量。从以上讨论及表 中的结果可知, 反应温度在 70℃左右是比较合适 的。 313　搅拌对反应的影响 对于酸解反应来说, 搅拌是必不可少的, 它对 反应速度、SO 2 的逐出率影响很大。在适宜的磷酸 用量和温度下, 实验测定了不同搅拌速度下的结 果如表 3。 　　　表 3 不同搅拌速度对反应的影响 搅拌速度 (转ö分) 400 600 800 900 1000 1200 1400 N H 4H 2PO 4 浓度　mo löl 6. 09 6. 45 6. 79 7. 02 6. 32 6. 18 6. 02 总氮量　mo löl 5. 48 5. 29 5. 13 5. 02 5. 73 6. 04 6. 22 吸收液浓度　mo löl 0. 278 0. 293 0. 304 0. 312 0. 298 0. 269 0. 254 　　为了使反应物质混合均匀, 创造良好的接触 条件, 减少扩散阻力, 需要进行搅拌。搅拌速度大, 可造成高度湍流条件, 增大反应速度。从表 3 的数 据结果可看出, 当搅拌速度小于 900 转ö分, 磷酸 一铵浓度随转速的增大而增大, 含氮量减少, 吸收 液浓度增大。这是由于随转速的增加, 反应速度增 加, 生成的 SO 2 逐出率较大, 当转速大于 900 转ö 分, 磷酸一铵浓度逐渐减少, 含氮量增加, 吸收液 浓度减小, 比时因为分解生成的 SO 2 随搅拌强度 的增加有一部分又溶解在料液中, 致使吸收液中 的 SO 2 降低, 磷酸一铵浓度下降。 4　结论 本文对磷酸分解亚硫酸铵的反应过程进行了 研究, 分析了实验中的主要影响因素, 找到了适宜 的工艺操作条件。 为硫酸厂亚硫酸铵深度加工找到了一条新的 出路。既能得到磷铵复合肥料, 又能生产出高浓度 的 SO 2, 磷铵是大多数硫酸厂的配套产品, SO 2 可 直接返回硫酸系统。 采用这种方法投入生产后, 不但可以解决硫 酸生产尾气中 SO 2 的污染问题, 而且使其得到综 合利用, 具有较好的经济效益和社会效益。 参 考 文 献 〔1〕金文松 1 硫酸工业, 198313: 27- 29 〔2〕姚永发 1 硫酸工业, 199213: 57- 58 〔3〕李伟等 1 硫酸工业, 199915: 30- 31 〔4〕许晓文等编 1 定量化学分析 〔5〕冯余清等 1 硫磷设计与粉体工程, 200011: 5- 8 〔6〕田永淑 1 化工环保, 200015: 49- 50 Research on the Production of amm on ium phosphate through the amm on ium sulphurous ac id decom posed by phosphor ic ac id H e R ong x ia　Q ing H a ili　H uo T ian ru i　Z hang H ong (Chem ical Engineering Co llege of Inner M ongo lia Po lytechn ic U n iversity H uhho t) 　　Abstract: T he p rocedu res w h ich ammon ium su lphu rou s acid is decompo sed by pho spho ric acid is studied, the m ajo r influenced facto rs in the experim en ts are analyzed, and the op t im um condit ion s fo r the techn ique opera t ion are determ ined. Keywords: su lphu ric acid p roduct ion; ta il gas; ammon ium pho sphate; SO 2; ammon ium su lphu rou s acid; pho spho ric acid decompo sit ion 收稿日期: 2002 年 1 月 5 日 02　　　　　　　 　　　　　　　内 蒙 古 石 油 化 工　　　　　　　 　　　第 27 卷